飽和溶液一定是濃溶液嗎?溶解的動態平衡是什麼?

2020-11-25 ReaderX

哈咯,艾瑞巴蒂

@Dr. B:我想同學們在看一些教參的解析的時候,總是會碰見很多牽強附會的解釋。這個時候我們通常會問:TM為什麼是你說的這樣啊?

@Dr. B:要想讓解釋變得不牽強,那就得解釋的那個人有死磕精神了,就像你們眼前的這位,能靠顏值吃飯打死也不會去靠實力的Dr. B。

今天我們死磕:飽和溶液一定是濃溶液嗎?

其實濃和稀這個概念,得對具體的溶液而言。有些溶液我們從來不研究它的濃溶液,我們只講飽和溶液。比如氯化鈉溶液,我們只講飽和氯化鈉,而不講濃鹽水。再比如硫酸,我們通常不講飽和硫酸溶液,通常是濃硫酸。

@Dr. B:所以,這個飽和溶液一定是濃溶液,是得具體情況具體分析的,也就是說有些溶液符合有些溶液不符合。

符合型:

通常來說,一種溶液越是向飽和溶液靠攏,這種溶液一般會越濃。

這裡先引出一個濃稀的概念。

取濃度不同的兩溶液10毫升於試管,觀察兩溶液的顏色。其中一試管的藍色要比另外一個試管的深得多。這是通過顏色的深淺來判斷溶液的濃稀。

但是通常情況下,大多溶液都是無色的,並且通過顏色來判斷濃稀是比較粗略的方法。於是乎我們化學給出了像體積分數和溶質的質量分數等概念,來區分濃稀。

@王二狗:是的,我想起來了,近期經常看到75%的酒精。這個75%應該就是體積分數吧。

@老師:嗯,物理課代表說得對,這個75%的含義就是每100體積的醫用酒精含有75體積的乙醇。

這裡介紹比較常見的用溶質的質量分數來區分濃和稀。

也就是用溶質的質量除以溶液的質量,出現了溶質的質量,剛好可以和溶解度掛鈎。

簡單來講,溶解度就是一固體在100g的水中能溶解的最大質量,也就是一固體放在100g水當中達到飽和狀態時,該固體溶解的質量。

@邱酷:老師,不是有什麼過飽和狀態嗎?

@老師:當然了,我是往簡單來講的,再者過飽和狀態是不穩定的,這是一種偽動態平衡,稍微有一些幹擾,過飽和溶液就會有溶質析出,比如說加點兒溶質或者是用玻璃棒在燒杯壁上摩擦一下。

@華雪:動態平衡是什麼意思?溶液當中也存在嗎?

@老師:這就扯出的知識就有點兒多了,並且不好理解,這也就是為什麼課本經常不講得太深,就是為了降低理解難度。同學們可以參照下面的筆記理解什麼是溶解的動態平衡。

(當然了,不想聽這一部分的可以打一會兒打盹)

@老師:這就扯出的知識就有點兒多了,並且不好理解,這也就是為什麼課本經常不講得太深,就是為了降低理解難度。但是既然有同學提出來,這裡就簡單講一下飽和溶液裡的動態平衡。

想像一個畫面,一大坨蔗糖放到了水中,注意了我講的是蔗糖,不是食鹽,因為食鹽擱水裡的時候是水分子破壞了NaCl的離子鍵,然後氯化鈉以鈉離子和氯離子的形式溶解在水中,這個就比較複雜了,因此我們挑那種水破壞分子間作用力的,比如說蔗糖溶於水。

你別看水是種普遍得不能在普遍的物質,要是在微觀上看它,你會覺得它簡直是無所不能。

一大坨蔗糖擱水裡,水分子開始把蔗糖分子一個一個給帶走,之後通過擴散作用慢慢的充斥著整個溶液,這便是蔗糖的溶解。

然而,與此同時,還進行著一個相反的過程。

被水分子帶走的蔗糖分子,在溶液中不斷的運動,就會有概率重新和那坨還沒有溶解的蔗糖發生「肢體接觸」,這就好比如被陌生人(水分子)帶走的娃,重新回到了媽媽身邊,於是媽媽說什麼也得把娃給摟在懷裡。

也就是已經溶解的蔗糖分子重新回到那坨蔗糖表面,這個過程叫做結晶。

於是,在蔗糖溶解過程中,存在一種反抗的力量,也即是結晶過程。當然了,蔗糖溶解的比較少,也就是說一開始被水分子帶走的蔗糖分子很少,那麼溶解的速度就要快過結晶的速度。

隨著蔗糖不斷的溶解,結晶的速度也在增大,當結晶的速度等於溶解的速度的時候。也就是說單位時間內進入到溶液的溶質分子量會等於從溶液析出的分子量,這是個動態平衡過程。

當處於動態平衡過程中時,這個溶液就是飽和溶液。於是,就可以給飽和溶液下一個新定義:能與過量的溶質成平衡狀態的溶液就是飽和溶液。

所謂的成平衡狀態就是溶質溶解的速度等於析出晶體的速度。

那麼我們現在要證明的是什麼呢?

簡單來說就是在兩個含有100g水的燒杯中,分別放m克的溶質和n克的溶質,且m>n,那麼哪一個燒杯的質量分數更大。

如果能夠證明放m克溶質的燒杯溶質的質量分數大於放n克溶質的燒杯,就能夠說明該溶液越接近飽和,濃度就越大。

這裡就需要數學課代表來給大夥解答一下了。

@舒雪:先設一個函數為f(x)=...

(系統提示:解釋太過專業被屏蔽)

不符合型

剛剛是符合一般規律的,我們是用的質量分數這個維度來區別濃和稀。

但是,我要問一句了,質量分數多大的就屬於濃溶液呢?質量分數多少的就是稀溶液呢?

這個其實是沒有一個單一標準的,在我們化學中,有不少類似的對立或者並列的概念是沒有清晰界限的,沒有絕對的標準,如果硬是要從「中間地帶」找到某種絕對標準,來教給學生,這種教學是及其不科學的。

這個時候用「通常」這種模糊字眼反倒更加的科學,比如「金屬氧化物通常是鹼性氧化物」「金屬與非金屬通常形成離子鍵」。

對於濃硫酸,一般濃度是98%,對於濃硝酸,濃度為69%。

再比如氫氧化鈣,在20℃時,在100克水裡最多只能溶解0.165克。這已是一種飽和溶液,但它是很淡的溶液。與此相反,有些物質的溶解能力很大,即使它的溶液已是很濃,也還不一定是飽和溶液。

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